Stent wydrukowany w 3D

Druk 3D to zdumiewająca technologia, która z czasem zyskuje na znaczeniu w wielu różnych dziedzinach przemysłu i życia. Nawet medycyna, z natury konserwatywna dziedzina, w której wszystko musi być dokładnie przebadane, coraz bardziej chyli się w kierunku technologii 3D i możliwości jakie niesie. W tym wpisie opiszemy historię stenta pozanaczyniowego wydrukowanego z filamentu PEEK, który znalazł zastosowanie w leczeniu syndromu “dziadka do orzechów”, czyli zespołu ucisku lewej żyły nerkowej przez aortę i tętnicę krezkową górną.

Badania materiałów nadających się na implanty

Druk 3D z metalu znajduje już zastosowanie w medycynie, a dokładniej przy naprawie i wymianie tkanek twardych. Materiały metalowe, takie jak stal nierdzewna czy stopy tytanu są tradycyjnymi surowcami do produkcji sztucznych tkanek twardych. Wraz z rozprzestrzenianiem się popularności druku 3D, materiał PEEK stał się wyraźnym kandydatem na filament do wykorzystania w przemyśle medycznym. Stało się tak nie bez powodu. PEEK posiada doskonałą biokompatybilność i jest stosunkowo łatwy w obróbce i kształtowaniu w porównaniu do tradycyjnego tytanu. Filament ten jest również bardziej zbliżony elastycznością do ludzkich kości i jest bardziej przepuszczalny dla promieniowania rentgenowskiego. Z powodu tych znakomitych właściwości PEEK stał się najważniejszym termoplastycznym substytutem tytanu.

Minimalnie inwazyjna operacja syndromu dziadka do orzechów

Zespół ucisku lewej żyły nerkowej przez aortę i tętnicę krezkową górną polega na zmniejszeniu przepływu krwi w lewej nerce. Uciskana żyła gorzej odprowadza krew, co może skutkować krwiomoczem lub białkomoczem. Objawy i dokuczliwość tego zjawiska bardzo różnią się w zależności od stopnia ucisku i wieku pacjenta. Zdiagnozowanie tego zjawiska nie jest proste i wymaga wykonania cystoskopii. Jeśli ta wskaże, że krwiomocz pochodzi wyłącznie z lewej nerki to dochodzi do rozpoznania. Najskuteczniejszą metodą leczenia ciężkich przypadków syndromu dziadka do orzechów jest wprowadzenie do uciskanej żyły stenta, brak leczenia w niektórych przypadkach mógłby doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia nerki.

W 2018 roku oddział urologiczny szpitala Tangdu w Xi’An w Chinach jako pierwszy przeprowadził operację wprowadzenia stenta wydrukowanego w 3D z biokompatybilnego materiału PEEK. Druk z użyciem tego materiału wymaga użycia drukarek wysokotemperaturowych, z podgrzewaną komorą i wysoką temperaturą dyszy. Szpital Tangdu znalazł rozwiązanie w drukarce 3D INTAMSYS FUNMAT HT. Drukarka ta okazała się idealnym sprzętem do drukowania przedmiotów użytecznych medycznie. Jej główną zaletą jest wysoka temperatura komory, osiągająca nawet 90°C oraz dysza, która rozgrzewa się do temperatury 450°C. Dzięki temu wydrukowane z PEEK przedmioty są odporne na wypaczanie.

PEEK przejmuje prym stopów tytanowych w produkcji implantów

W przeszłości materiałami do produkcji implantów do operacji były głównie stopy tytanu. Wraz z pogłębianiem się zastosowań druku 3D, PEEK otrzymał coraz więcej uwagi. Jako termoplastyczne tworzywo inżynieryjne, PEEK cieszy się doskonałymi właściwościami mechanicznymi i dużą użytecznością. Jego biokompatybilność, odporność chemiczna, łatwe przetwarzanie i powtarzalna sterylizacja, uczyniły go substytutem stopów tytanu.

Według profesora Cao Tiesheng, szefa Centrum Badań nad Drukiem 3D jednego z Uniwersytetów Medycznych w Chinach, „implanty z PEEK mają wiele zalet w porównaniu z dotychczas stosowanymi implantami ze stopów tytanu. Po pierwsze, materiał PEEK nie będzie miał wpływu na późniejsze badania medyczne pacjentów, takie jak tomografia komputerowa, badanie ultrasonografem, badania rezonansem magnetycznym itp. Jednocześnie nie spowoduje kłopotów z wejściem pacjenta na pokład samolotu i przejściem przez kontrolę bezpieczeństwa. Ponadto, PEEK i jego materiały kompozytowe mają dobrą odporność na zużycie, co pomoże skutecznie uniknąć zapalenia i osteolizy wokół implantu spowodowanej przez cząstki oddzielające się od implantu wskutek zużycia. Dlatego PEEK w implantach ortopedycznych jest uważany za jeden z najlepszych materiałów kandydujących do zastąpienia tradycyjnych implantów ze stopu tytanu.”

Druk 3D pomaga tworzyć precyzyjniejsze i bardziej spersonalizowane stenty pozanaczyniowe

Z pomocą technologii druku 3D metoda leczenia jest dokładniejsza i bardziej spersonalizowana niż kiedykolwiek, ponieważ sztuczne stenty pozanaczyniowe są oparte na fizjologicznej strukturze anatomicznej pacjenta. Lekarze mogą teraz również przeprowadzić przedoperacyjną weryfikację i planowanie na modelu 1:1 przed zabiegiem.

W przypadku leczenia syndromu dziadka do orzechów, Szpital Tangdu najpierw wydrukował prototyp modelu stentu chirurgicznego, w oparciu o patologię pacjenta. Następnie wydrukował implant PEEK za pomocą drukarki 3D INTAMSYS FUNMAT HT, który umieścił w ciele pacjenta. 

Szpital Tangdu prowadzi dogłębne badania nad rozwiązaniami w zakresie druku 3D, szczególnie w zakresie zastosowań materiałów wysokotemperaturowych, takich jak PEEK. Jednak proces drukowania PEEK wymaga bardzo wysokiej temperatury środowiska i dyszy, dlatego wymagany jest przemysłowy sprzęt do druku 3D. Szpital Tangdu przyznał, że drukarka 3D INTAMSYS FUNMAT HT może przydać się w wielu różnych dziedzinach medycyny. W związku z tym INTAMSYS podpisał umowę o strategicznej współpracy z Tangdu Hospital w maju 2021 roku. Obie strony będą badać różne zastosowania druku 3D w obrębie medycyny. Dzięki tej współpracy, rozwiązania druku 3D dla zastosowań medycznych, w tym sprzęt, oprogramowanie i materiały, będą stale ulepszane.

Aby zapewnić szpitalowi Tangdu jeszcze lepsze warunki do badań, INTAMSYS zasponsorował urządzenie FUNMAT PRO 410, inteligentną wielomateriałową drukarkę 3D o większej objętości drukowania, wyposażoną w inteligentne podwójne dysze, które mogą obsługiwać różne złożone struktury i materiały. Temperatura drukowania dysz może osiągnąć 500℃, a system jest wyposażony w komorę o stałej temperaturze, która lepiej zaspokaja potrzeby medycznego druku PEEK. Ten nowy system pozwoli lekarzom szpitala Tangdu odkryć jeszcze więcej zastosowań i osiągnąć jeszcze lepszą precyzję i personalizację podczas tworzenia implantów i innych elementów medycznych dla pacjentów.

Drukarka FUNMAT PRO 410 w centrum drukowania 3D szpitala Tangdu

“Innowacyjne myślenie stojące za integracją przemysłowo-medyczną jest potężnym sprzymierzeńcem dalszego rozwoju medycyny klinicznej. Technologia druku 3D jest ostrym mieczem, który pomoże poradzić sobie z problemami napotykanymi w medycynie. Wierzę, że w najbliższej przyszłości technologia 3D popchnie przemysł medyczny w nową, ekscytującą erę.” – profesor Cao Tiesheng

Zainteresował Cię temat druku 3D w medycynie? Poniżej zamieszczamy linki do profesjonalnych artykułów opisujących konkretne przypadki jego użycia (literatura w języku angielskim). Dodatkowo pragniemy zachęcić do zapoznania się z ofertą naszej firmy. Specjalizujemy się w całościowej technologii 3D od skanowania i drukowania 3D do dystrybucji drukarek amatorskich, profesjonalnych i przemysłowych, w tym wspomnianych w artykule drukarek firmy INTAMSYS. Zapraszamy do kontaktu! 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32719785/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2020.00732/full

https://europepmc.org/article/med/31205104

https://facfox.com/news/medical-peeks-advantages-and-disadvantages-compared-to-metal-implants.3dm